氧化石墨烯在聚丙烯微孔膜表面层层点击自组装及其抗菌和抗污染性能研究

摘要

聚丙烯微孔膜是一种物理、化学性能优异的高分子分离膜，广泛应用于水处理、工业分离、生物医药等领域。然而，阻碍膜进一步扩大应用的主要因素是疏水性。由于结构上的疏水，会使蛋白质、微生物等极易吸附，沉积在膜表面，降低了过滤分离效率和实际使用寿命。膜的表面改性可以引入有特殊功能的官能团而有针对性地对膜的亲水性和抗污染性进行改善。聚丙烯微孔膜的亲水化改性方法大致分为物理法和化学法：其中物理法操作简便，但改性效果并不能维持很久，因此化学法在膜改性中占主导地位。氧化石墨烯由于结构上含有丰富的含氧官能团(羧基、羟基、环氧基)，具有很好的亲水性，同时氧化石墨烯的抗菌性在碳材料中也较为出众。因此可以把氧化石墨烯引入到膜材料表面，对聚丙烯微孔膜进行表面改性。
　　本文主要通过点击化学和层层自组装技术对聚丙烯微孔膜表面改性，主要步骤包括：(1)通过UV光照法在膜表面引入溴原子，然后采用SN2亲核取代反应把叠氮基团接到膜表面；(2)由氧化石墨烯上的羧基和炔丙胺上氨基的酯化反应合成含炔基的氧化石墨烯；由叠氮化钠引发的环氧基团的开环反应合成含叠氮基的氧化石墨烯；(3)在CuI催化条件下，通过点击化学(Click Chemistry)反应，将氧化石墨烯多步层层自组装到膜表面。
　　通过FT-IR，XPS证实了膜改性成功，并分别对改性前后的聚丙烯微孔膜做了静态水接触角、抗菌和抗污染性能测试。结果表明：GO的引入改变了聚丙烯微孔膜的亲水性、抗菌性和抗污染性。改性膜的静态水接触角得到明显的降低；五层 GO改性膜的水通量比之前提升了约1.8倍；通量回复率由之前的43.0％增加到79.8％；通量下降率下降了32.1％；GO改性膜的抗菌性能提升近三分之二。以上数据说明，GO接枝到膜表面提高了膜的抗菌性和抗污染性能。

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第一章 文献综述

1.1 研究背景

1.2 氧化石墨烯材料简介

1.3 关于―点击化学‖的简介

1.4 层层自组装技术

1.5本章小结

第二章 实验原理和方法

2.1 仪器及试剂

2.2 合成氧化石墨烯

2.3 合成含叠氮基的氧化石墨烯(GO-N3）

2.4 合成含炔基的氧化石墨烯(GO-C?C)

2.5聚丙烯微孔膜(MPPM)表面叠氮化

2.6 通过click反应把GO层层自组装到MPPM上

2.7 实验表征方法

2.8 改性膜的性能测试

本章小结

第三章 氧化石墨烯在聚丙烯微孔膜表面层层点击自组装

3.1 实验流程简介

3.2表征含炔基(GO-C?C)和叠氮基(GO-N3）的氧化石墨烯

3.3 膜表面的GO接枝率

本章小结

第四章 氧化石墨烯改性聚丙烯微孔膜的性能测试

4.1关于聚丙烯微孔膜亲水性表征

4.2 GO改性聚丙微孔烯膜的抗污染性

4.3 GO改性聚丙微孔烯膜的抗菌性

本章小结

结论与展望

参考文献

附录：研究生期间发表论文及获奖情况

致谢